(филиал в г. Златоусте)

По полученному спектру видно, что частота основного тона, равная
примерно 4,5 кГц, соответствует экспериментальному значению. В то время как уровень звукового давления, полученный при численном моделировании, получается завышенным. Также видно, что с увеличением частоты
данное превышение становится более существенным. На этом основании
можно сделать вывод, что использованная численная схема в совокупности
с расчётной сеткой дают заниженное значение диссипации энергии.
Библиографический список
1. Zhang, Z.C. A space-time conservation element and solution element method
for solving the two- and three-dimensional unsteady euler equations using quadrilateral and hexahedral meshes / Z.C. Zhang, S.T.J. Yu, S.C. Chang // Journal of computational physics. – 2002. –Vol. 175. – P. 168–199.
2. Venkatachari, B. Development of a transient viscous flow solver based on conservation element – solution element framework / B. Venkatachari, G.C. Cheng,
S.C. Chang // AIAA-2004-3413, 2004.
3. Loh, C.Y. Computation of tone noise from supersonic jet impinging on flat
plates / C.Y. Loh // AIAA-2005-0418, 2005.
4. Gustavsson, J.R. Temperature effect on acoustics of supersonic impinging jet /
J.R. Gustavsson, P.A. Ragaller, R. Kumar, F.S. Alvi // 16th AIAA/CEAS Aeroacoustics conference, AIAA 2010-3785, 2010.
5. Krothapalli, A. Flow field and noise characteristics of a supersonic impinging jet /
A. Krothapalli, E. Rajkuperan, F. Alvi, L. Lourenco // J. Fluid Mech. – 1999. –
Vol. 392. – P. 155–181.
ФАКУЛЬТЕТ «МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ»
(филиал в г. Златоусте)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
РОТОРНО-ДЕБАЛАНСНЫХ ИНЕРЦИОННЫХ СИСТЕМ
А.А. Микрюков
В настоящее время в оборудовании все большее применение находят
системы вибрационных приводов, предназначенные для возбуждения сложных колебаний, представляющих собой низкочастотные колебания с наложенными на них высокочастотными колебаниями. Данные системы состоят
из нескольких виброприводов с различными амлитудно-частотными характеристиками. Сложность реализации данной конструкции обусловлена не117
обходимостью настройки каждого из виброприводов и согласования работы
системы в целом. Эту проблему можно решить применением роторнодебалансного инерционного вибропривода [1].
В основе устройства лежит роторный инерционный вибропривод
(а. с. СССР № 1664412), на вал которого дополнительно устанавливается
дебаланс, то есть данное устройство является совокупностью двух типов
виброприводов.
Преимущества роторных виброприводов: простота конструкции и низкая стоимость; возможность достижения высокого отношения амплитуды
вынуждающей силы к массе вибропривода; удобство плавного или ступенчатого регулирования частоты и амплитуды вибрации (и одновременно
амплитуды вынуждающей силы); широкий диапазон частоты генерируемой вибрации (1…1000 Гц); простота принудительного и самопроизвольного согласования совместной работы двух или нескольких виброприводов
на одном исполнительном органе машины; большие возможности регулирования частоты колебаний; малая длительность переходного процесса
при выбеге; мягкое возбуждение поперечных автоколебаний ротора.
Суть работы данного устройства такова. Сначала диск трения, прижатый осевой силой к плоскому неподвижному контртелу, находится в состоянии покоя, то есть, в данном случае эта открытая система не получает
энергию извне. Если же диску сообщить энергию в виде вращения, то при
этом практически мгновенно возникают следующие силы: сила упругости
ротора, определяемая его жесткостью и влияющая на амплитуду колебаний; центробежная вынуждающая сила, зависящая от параметров круговых
колебаний центра тяжести ротора; центробежная вынуждающая сила дебаланса. В итоге под действием этих сил самопроизвольно возникают колебания ротора со сложной траекторией, включающие в себя высокочастотные колебания ротора (частота колебаний в десятки раз выше частоты
вращения ротора) и низкочастотные колебания дебаланса (частота колебаний равна частоте вращения ротора).
Целью экспериментальных исследований является проверка справедливости теоретических выводов, а также результатов математического и
компьютерного моделирования процесса возбуждения вибрации в роторнодебалансных инерционных системах. Задачей этих исследований является
выявление формы траектории движения рабочего органа и возможности
получения его амплитудно-модулированных колебаний.
Экспериментальные исследования проводились на лабораторной установке созданной на базе токарно-винторезного станка модели 1К62 (рис. 1).
В патрон 1 станка жестко закреплялся ротор 2, а в заднюю бабку 3 было
установлено плоское контртело 4. Причем в конструкции ротора была предусмотрена возможность установки дебаланса 5 на различном расстоянии
от патрона 1. Для измерения радиальных колебаний в системе на валу ро118
тора 2 посредсттвом подш
шипника 6 устанаввливаласьь невращаающаяся втулка
ми магни
итами 8. Положени
П
ие магниттов в проостранствве (под
7 с поостоянным
углом 90°) былло ограни
ичено спеециальным
ми стойкками 9. Н
Напротив магнитов размещалиссь датчикки Холла 10.
Рис.. 1. Эксперрименталььная устан
новка
на базее токарно--винторезн
ного станкка 1К62
Настройка параметро
п
ов колебааний осущ
ществлялаась следуующим об
бразом.
Сила прижатия
п
я контртелла 4 к роттору 2 реггулироваллась вращ
щением маховим
ка задней бабки 3. Тари
ировка си
илы приж
жатия осущ
ществляллась с пом
мощью
динам
мометра. Частота
Ч
в
вращения
я ротора 2 настраи
ивалась ккоробкой скоростей станка.
с
Од
днако действителььная часттота вращ
щения отлличается от номиналльной, поээтому в процессе
п
э
эксперим
мента прои
изводилсяя её замер
р с помощью
ю автоматтическогоо цифрового тахом
метра ЦА
АТ-3М. Таакже насттраивалась длина выллета роторра 2 из шп
пинделя 1 станка и положен
ние дебал
ланса 5
относи
ительно плоскости
п
и соприкоосновенияя ротора и контртела. Кром
ме этого, иссследовалоось влиян
ние масс ротора
р
2 и дебалаанса 5 на параметр
ры возбуждааемых коллебаний.
испытан
В процессе
п
ний роторр, соверш
шая колебаания, откклонялся от оси
вращения шпин
нделя, теем самым
м, перемещ
щая магн
ниты на ввтулке. ПеремеП
щенияя магнитоов изменяли напряж
женностьь магнитн
ного поля, эти измерения
фикси
ировалисьь датчикам
ми Холлаа.
Сигналы с датчиков
д
поступалли в перссональны
ый компью
ютер, в системс
ном бллоке котоорого дополнителььно были установлены конттроллер и звуковая каррта Creative Audiggy SE. Даттчики Хо
олла черезз USB каб
бель с двойным
экрани
ированием
м подклю
ючались к контрол
леру, котторый прредназначен для
преобрразованияя питающ
щего токаа с внутрееннего раазъема US
SB на маатеринской плате
п
и передачи
п
его на датчики
д
Холла. Посредств
П
вом конттролера
осущеествляласьь передач
ча данны
ых от даттчиков Хоолла на ззвуковую
ю карту
Creativve Audigyy SE, котторая имееет, по ср
равнению
ю со встрооенным в материнскуую платуу звуковы
ым контрооллером, гораздо лучший п
показател
ль сигнал/шуум, что способств
с
вует знач
чительном
му снижен
нию погррешности
и изме119
рений, вызванных техническим обеспечением персонального компьютера.
Использование USB кабелей значительно облегчает подключение датчиков
Холла к персональному компьютеру.
При проведении испытаний использовалась специальная программа
Power Graph, предназначенная для регистрации, обработки и хранения
аналоговых сигналов, записанных с помощью аналого-цифровых преобразователей, и позволяющая использовать персональный компьютер в качестве обычного ленточного самописца.
С помощью данной программы сначала была проведена тарировка датчиков Холла, а затем построены траектории отклонений ротора от оси вращения шпинделя в двух взаимно-перпендикулярных направлениях (рис. 2).
Как видно из графиков при работе роторно-дебалансного вибропривода
происходит наложение высокочастотных колебаний на низкочастотные. Далее была построена конечная форма траектории колебания ротора (рис. 3).
Рис. 2. Траектории отклонений ротора Рис. 3. Конечная форма траектории
в двух взаимно-перпендикулярных колебания ротора (1 колебание)
направлениях
Экспериментальные исследования полностью подтвердили достоверность математической модели и позволили наметить дальнейшие пути модернизации роторных инерционных систем, которые позволяют управлять
в процессе работы вибропривода не только частотой и амплитудой колебаний, но и формой их траектории (патент РФ № 2410166). В настоящее время ведется работа по внедрению роторно-дебалансных виброприводов в
конструкцию виброударного станка мод. ИВУ-150 для измельчения отходов хрупких материалов. Роторно-дебалансные инерционные виброприводы позволят значительно снизить стоимость оборудования и затраты на
его эксплуатацию.
120
Работа выполнена при поддержке РФФИ (конкурс «Урал», проект №10-0896041 на 2010–2012 гг.).
Библиографический список
1. Сергеев, С.В. Вибрационные роторные приводы машин: моногр. / С.В. Сергеев, Б.А. Решетников, Р.Г. Закиров. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. – 242 с.
ФАКУЛЬТЕТ «МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ»
(филиал в г. Златоусте)
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ
ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ ЦЕНТРОБЕЖНОЛИТЫХ
ЗАГОТОВОК
А.Н. Аникеев
Сортамент сталей, потребляемый различными машиностроительными,
ядерными и другими отраслями промышленности весьма разнообразен,
однако, зачастую он не способен удовлетворить потребности производителей по причине появления новых технологий, которые требуют от металлов повышенных прочностных свойств.
Для изготовления материалов с высокими прочностными свойствами
была разработана и реализована технология получения дисперсноупрочнённых центробежно-литых заготовок. В основе разработанного метода упрочнения лежит принцип распределения упрочняющей фазы по сечению получаемой заготовки из-за различия плотностей упрочняющей фазы и упрочняемого материала. Если плотность вводимой фазы больше
плотности упрочняемого материала, то возникают предпосылки для её
распределения на внешней поверхности формируемой заготовки, если
плотность упрочняющей фазы меньше – на внутренней [1].
В результате реализации технологии были получены заготовки с различной степенью упрочнения, следующих размеров: наружный диаметр –
140 мм, внутренний – 105 мм, длина – 140 мм [2]. Полученные заготовки
подверглись исследованию на структурную неоднородность, так как
структура материала – один из наиболее значительных факторов, влияющих на его свойства.
Исследование продольных макрошлифов показало наличие плотной бездефектной структуры во всех случаях (с упрочнениями и без упрочнения).
Анализировалась структура литых втулок с присадкой при разливке максимального (в данной серии плавок) количества твёрдых тугоплавких частиц
121